Genetische Ursachen und genomische Konsequenzen des Verlusts der Distylie in Linum trigynum

Zusammenfassung: Distylie ist ein ikonisches florales Polymorphismus, das von einem Supergen gesteuert wird und effiziente Pollentransfers und Kreuzungen durch reziproke Unterschiede in der Position der Geschlechtsorgane in Blüten fördert, oft verbunden mit heteromorpher Selbstunverträglichkeit. Die Distylie hat sich konvergent in mehreren Blütenpflanzen-Linien entwickelt, aber sie ist auch wiederholt zusammengebrochen, oft in homostylösen, selbstkompatiblen Populationen mit erhöhten Raten der Selbstbefruchtung. Hier wollten wir die genetischen Ursachen und genomischen Konsequenzen des Wechsels zu Homostylie in Linum trigynum untersuchen, das eng verwandt ist mit distylösem Linum tenue. Basierend auf einer hochwertigen Genomassemblierung zeigen wir, dass L. trigynum eine genomische Region beherbergt, die homolog zum dominanten Haplotyp des Distylie-Supergens ist, der lange Staubblätter und kurze Stile in L. tenue verleiht, was darauf hindeutet, dass der Verlust der Distylie zunächst in einem kurzstiligen Individuum auftrat. Im Gegensatz zu homostylösen Primula und Fagopyrum zeigt L. trigynum keine fixen Funktionsverlustmutationen in den kodierenden Sequenzen der mit Distylie verbundenen S-verknüpften Kandidatengene. Stattdessen deuten Analysen der Blüten-Genexpression und kontrollierte Kreuzungen darauf hin, dass Mutationen, die das S-verknüpfte LtWDR-44 Kandidatengen für männliche Selbstunverträglichkeit und/oder die Höhe des Staubblatts herunterregulieren, der Homostylie und Selbstkompatibilität in L. trigynum zugrunde liegen könnten. Populationsgenomische Analysen von 224 Whole-Genome-Sequenzen zeigen zudem, dass L. trigynum hochgradig selbstbefruchtend ist, signifikant geringere genetische Diversität im gesamten Genom aufweist und eine entspannte reinigende Selektion sowie weniger häufige positive Selektion auf nicht-synonymen Mutationen im Vergleich zu L. tenue erfährt. Unsere Analysen beleuchten den Verlust der Distylie in L. trigynum und erweitern unser Verständnis für einen gemeinsamen evolutionären Übergang in blühenden Pflanzen.